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目前,农用薄膜的功能化和高性能化已成为农膜发展的主流,对功能农膜的质量、品种和性能都提出了更高的要求,且高性能功能农膜的研发已列入了国家农业科技发展纲要。在传统的聚乙烯农用薄膜中添加光转换剂制备光转换膜是高效利用太阳能和使作物增产增收的重要方法之一。我国自引进、研究、应用、推广光转换膜以来,已取得了一定的经济和社会效益,但光转换膜由于成本、制造工艺、荧光寿命等瓶颈问题,虽然经过近三十年的研发及应用,一直未能大面积的推广。因此,如何通过技术创新,开发转光性能稳定,转光寿命与功能同步,强度高、透光性好,易于成型加工以及性价比高的光转换膜已成为当前农业领域研究的热点。鉴于此,本论文首先设计合成了具有光转换功能的插层剂RACA-B;然后利用无机层状材料的结构特点制备了有机/无机纳米复合光转换剂(NANO-ZG-GG);运用熔融插层法将所合成的纳米光转换剂NANO-ZG-GG制备成转光母粒;再利用三层共挤吹塑生产工艺,通过熔融插层法制备了新型的聚乙烯基纳米光转换薄膜(PE/NANO-ZG-GG);最后在江苏省农业科学院六合动物科学基地进行田间实验,以评价PE/NANO-ZG-GG的实际应用效果。具体研究内容如下:(1)有机/无机纳米复合光转换剂的制备。首先设计合成了新型的功能型插层剂RACA-B,研究了不同反应条件下(温度、质量比)RACA-B插入层状无机材料层间的反应的机理和结构特性,进而设计合成了具有光转换性能的有机/无机纳米复合光转换剂(NANO-ZG-GG)。XRD和FTIR分析测试结果表明,RACA-B成功进入到了无机材料的层间;利用SEM对NANO-ZG-GG的形貌进行了观察,NANO-ZG-GG的形貌发生了变化,其片层发生了一定程度的折叠和破碎,呈松散的片状集合体状,表面结构变的不规整;TGA分析结果表明NANO-ZG-GG的耐热性能得到了明显提高;荧光光谱分析结果显示,当激发波长在280-380 nm之间变化时,NANO-ZG-GG的荧光发射波长最大值为在390-433 nm左右的宽峰,NANO-ZG-GG可以吸收紫外光,发射370-480 nm的蓝紫光,符合光转换剂的设计初衷。通过DLS对NANO-ZG-GG的粒径分布进行测试,测试结果发现NANO-ZG-GG的粒径分布比较均一,NANO-ZG-GG能够作为光转换膜的功能添加剂。(2)聚乙烯基纳米光转换膜的制备及性能研究。首先通过熔融插层法将NANO-ZG-GG有机/无机纳米复合光转换剂制备成转光母粒,再与聚乙烯通过熔融插层反应制备了剥离型的聚乙烯基纳米光转换薄膜(PE/NANO-ZG-GG)。接着通过荧光光谱分析研究了 PE/NANO-ZG-GG的转光性能及抗荧光衰减性能,结果表明,PE/NANO-ZG-GG能有效地吸收对植物有害、对温室棚膜有破坏作用的紫外光,发射380-485 nm的蓝紫光,且在实地扣棚9个月后,其发光稳定性基本不变,具有良好的抗荧光衰减性能。PE/NANO-ZG-GG在UV-C、UV-B、UV-A波段的透光率比对照膜低,在可见光区的红橙光和蓝紫光区,光转换膜的光质比例较高,分别比对照高出2.43%和1.82%。TGA结果表明由于纳米光转换剂的加入,使得光转换膜的耐热性能有一定提高。力学性能测试结果显示纳米光转换膜的拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度均远大于国标规定的数值范围,并且纳米光转换膜的拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度均大于对照,说明纳米光转换剂的加入,使得光转换膜的力学性能得到提高。(3)聚乙烯基纳米光转换膜的田间实验。将PE/NANO-ZG-GG于江苏省农业科学院六合动物科学基地进行大田实验,通过农业大棚智能监控系统对环境因子(光照强度、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤水分以及二氧化碳浓度)进行全天候的监测与分析,并通过分析PE/NANO-ZG-GG大棚下生菜的生长状况,评价了聚乙烯基纳米光转换膜的实际应用效果。研究发现PE/NANO-ZG-GG纳米光转换膜棚内的光照强度比对照略有提高;PE/NANO-ZG-GG对空气温度的影响方面,无论在晴天还是雨天,PE/NANO-ZG-GG对塑棚温室内的空气温度的增温作用均大于对照膜,且升温速率较快;无论在晴天还是雨天,PE/NANO-ZG-GG均可以提高塑棚温室内的土壤温度,且纳米光转换膜棚内的土壤温度升温速率较快;此外,纳米光转换膜棚内昼夜温差较大,在一定程度上对棚内植物的生长更加有益;综合光转换膜对C02浓度、空气湿度、土壤水分的影响也可以发现,纳米光转换膜棚内的环境更适于植物的生长;从PE/NANO-ZG-GG对生菜生长的影响可以看出,纳米光转换膜对生菜的株高及鲜重均有明显的影响,PE/NANO-ZG-GG可有效提高生菜产量。